专利名称：镓离子场发射微推进器的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种场发射离子的微推进装置。
背景技术：
近年来，地球重力场及空间引力波探測等空间任务中，对卫星的微推进系统提出更高的要求微冲量、微推力。同时对其功率、体积、和重量提出苛刻的限制。而场发射电推进器是目前众多电推进器最具优势和代表性的方案。国外相关研究机构及公司虽然研究较早，但其场发射电推进器的设计都是基于金属铯和铟的推进剂，相关结构复杂且可靠性低，具体设计等过程未给出详细报道。 国内而言，未见将场发射原理应用于狭缝式推进器设计的文献报道，未见将金属镓用于电推进器的应用报道。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供ー种使用液态金属镓作为推进剂的镓离子发射推进器，能够提供能产生毫牛至微牛级推力。本发明提供的一种镓离子场发射推进器包括发射部，具有毛细通道和毛细尖端；屏蔽部，位于发射部周围，用于屏蔽所述加速部发射的电子流；加速部，位于所述发射部的前端，并与所述毛细尖端相邻，所述加速部的与所述毛细尖端相对应的位置开设有加速条状栅ロ，在所述毛细尖端和加速部之间施加有预定电压的电场；存储部，与所述毛细通道相连通，用于存储金属镓；金属镓通过毛细作用，由所述存储部经由所述毛细通道流到所述毛细尖端，在施加的所述电场的作用下产生离子羽流，从而获得推力。优选地，所述加速部为大致I毫米厚的金属板，所述栅ロ开设在金属板的中间，所述栅ロ断面处倒角形成尖端，并且所述栅ロ表面形成为光洁面。优选地，所述发射部包括対称的两块板状金属块构成，在两块金属块之间经镀膜构成微流结构层，从而形成所述毛细通道，在所述金属块上开设有导通所述毛细通道和存储部的通孔。优选地，所述板状金属块的材料为高温合金。优选地，所述毛细通道高度为大致I μ m，宽度为2 20毫米，深度为10 15毫米。优选地，所述存储部的材料为钥合金。本发明通过将良好浸润性的镜面金属材料对称配合，中间垫以微米级镀膜结构层，构成推进剂的毛细通道，在毛细通道尖端及加速部间施加高压电场，直接电离液态金属镓产生推力。本发明中可以根据需要改变通道宽度而调节推进器最大推力，通过改变电势差调节推力大小。此外，本发明还具有如下优点I)选取金属镓作为推进剂，熔点低降低额外功消耗；2)处理工艺使得推进剂良好浸润，推进剂自动供给；3)结构极大地简化，没有运动机构。
图I为本发明结构示意图；图2为图I的截面示意图。
具体实施例方式如图1、2所示，本发明包括发射部I、加速部2、存储部3和壳体4。发射部I、加速部2和存储部3通过绝缘体5安装在壳体4内。发射部I具有毛细通道11和毛细尖端12 ;加速部2位于发射部I的前端，并与毛细尖端12相邻，加速部2的与毛细尖端12相对应的位置开设有加速条状栅ロ 21，在毛细尖端12和加速部2之间施加有预定电压的电场。存储部3的材料为钥合金材料做成的具有腔体33的金属盒31，用于存储金属镓，金属盒上开设有与毛细通道11相连通的通道32。金属镓通过毛细作用，由存储部3经由通道32、毛细通道11流到毛细尖端12，在施加的预定的电场的作用下产生离子羽流，从而获得推力。在本发明实施例中，加速部2为大致I毫米厚的金属板，栅ロ 21开设在金属板21的中间，栅ロ 21断面处倒角形成尖端，并且栅ロ表面形成为光洁面。在本发明实施例中，发射部I包括対称的两块板状金属块13、14构成，在两块金属块13、14之间夹持有镀膜层15，从而形成毛细通道11，在金属块13、14上开设有导通毛细通道11和存储部2的通孔16。板状金属块13、14的材料为高温合金，这样使得尖端具有良好的寿命。毛细通道11高度为大约I μ m,宽度为2 20毫米，深度为10 15毫米。在本发明实施例中，毛细通道约为Iym,通道宽8mm,深14_。另外，在发射部I的周围还形成有屏蔽部7，该屏蔽部7采用高温金属材料制成，用于屏蔽加速部2发射的电子流轰击发射部I而造成发射部I升温烧毁。在存储部3的外围还设置有加热器6，加热器6用于加热除去发射部I内表面氧化污染物等，利于毛细通道11的初次浸润，以及使推进剂金属熔化，但是不需要为液态金属保温而工作，因为金属镓具有过冷趋势，即使低于熔化温度也不会凝固。在本发明实施例中，加热器6为电阻加热器、高温陶瓷加热器或者聚酰亚胺薄膜加热器。本发明通过将良好浸润性的镜面金属材料对称配合，中间垫以微米级厚度的金属镀膜层，构成推进剂的毛细通道11，在毛细通道11尖端及加速部间施加高压电场，直接电离液态金属镓产生。本发明中可以根据需要改变通道宽度而调节推进器最大推力，通过改变电势差调节推力大小，推进器推力范围在O. I μ N 1000 μ N。
权利要求
1.一种镓离子场发射推进器，其特征在于，包括 发射部，具有毛细通道和毛细尖端； 加速部，位于所述发射部的前端，并与所述毛细尖端相邻，所述加速部的与所述毛细尖端相对应的位置开设有加速条状栅口，在所述毛细尖端和加速部之间施加有预定电压的电场； 屏蔽部，位于发射部周围，用于屏蔽所述加速部发射的电子流； 存储部，与所述毛细通道相连通，用于存储金属镓，与所述发射部之间具有预定的间距； 金属镓通过毛细作用，由所述存储部经由所述毛细通道流到所述毛细尖端，在施加的所述电场的作用下产生离子羽流，从而获得推力。
2.如权利要求I所述的镓离子场发射推进器，其特征在于，所述加速部为大致I毫米厚的金属板，所述栅口开设在金属板的中间，所述栅口断面处倒角形成尖端，并且所述栅口表面形成为光洁面。
3.如权利要求I所述的镓离子场发射推进器，其特征在于，所述发射部包括对称的两块板状金属块构成，在两块金属块之间经镀膜构成微流结构层，从而形成所述毛细通道，在所述金属块上开设有导通所述毛细通道和存储部的通孔。
4.如权利要求3所述的镓离子场发射推进器，其特征在于，所述板状金属块的材料为向 fjnL 口 W. o
5.如权利要求4所述的镓离子场发射推进器，其特征在于，所述毛细通道高度为大致I U m，宽度为2 20毫米，深度为10 15毫米。
6.如权利要求I所述的镓离子场发射推进器，其特征在于，所述存储部的材料为钥合金。
全文摘要
本发明公开了一种镓离子场发射推进器，包括发射部，具有毛细通道和毛细尖端；屏蔽部，位于发射部周围，用于屏蔽及保护发射部；加速部，位于所述发射部的前端，并与所述毛细尖端相邻，所述加速部的与所述毛细尖端相对应的位置开设有加速条状栅口，在所述毛细尖端和加速部之间施加有预定电压的电场；存储部，与所述毛细通道相连通，用于存储金属镓，与所述发射部之间具有预定的间距；金属镓通过毛细作用，由所述存储部经由所述毛细通道流到所述毛细尖端，在施加的所述电场的作用下产生离子羽流，从而获得推力。本发明具有如下优点1)选取金属镓作为推进剂，熔点低降低额外功消耗；2)处理工艺使得推进剂良好浸润，推进剂自动供给；3)结构极大地简化，没有运动机构。
文档编号F03H99/00GK102678501SQ201210164419
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年5月24日
发明者康琦, 段俐, 胡良, 高辉 申请人:中国科学院力学研究所